Пуццолан - Pozzolan

Природные месторождения пуццолана (вулканического пепла), расположенные в Южной Калифорнии в США.

Пуццоланы представляют собой широкий класс кремнистый или кремнистый и глиноземистый материалы, которые сами по себе не содержат цементирующий значение, но которые в мелкодисперсной форме и в присутствии воды будут химически реагировать с гидроксид кальция при обычной температуре с образованием соединений, обладающих вяжущими свойствами.^[1] Количественное определение способности пуццолана реагировать с гидроксидом кальция и водой дается путем измерения его пуццолановая активность.^[2] Пуццолана представляют собой встречающиеся в природе пуццоланы вулканического происхождения.

История

Смеси кальцинированный известь и мелкий помол, активный алюмосиликат материалы были впервые разработаны и разработаны как неорганические связующие в Древнем мире. Архитектурные остатки Минойская цивилизация на Крите показали доказательства комбинированного использования гашеная известь и добавление мелко измельченных черепков для водонепроницаемости визуализации в ваннах, цистернах и акведуках.^[3] Свидетельства преднамеренного использования вулканических материалов, таких как вулканический пепел или туфы, древними греками датируются по крайней мере 500–400 г. до н.э., как они были обнаружены в древнем городе Камейрос, Родос.^[4] В последующие века эта практика распространилась на материк и в конечном итоге была принята и развита Римляне. Римляне использовали вулканические пемзы и туфы, найденные на соседних территориях, самые известные из которых были найдены в Поццуоли (Неаполь), отсюда и название пуццолан, а в Сеньи (Лацио). Предпочтение отдавалось натуральным источникам пуццолана, таким как немецкий трасса, но измельченные керамические отходы часто использовались, когда естественные месторождения отсутствовали на местном уровне. Исключительные условия жизни и сохранности некоторых из самых известных римских зданий, таких как Пантеон или Пон-дю-Гар построенные с использованием пуццоланово-известкового раствора и бетона, свидетельствуют как о превосходном мастерстве, достигнутом римскими инженерами, так и о долговечности используемых вяжущих.

Большая часть практических навыков и знаний, касающихся использования пуццоланов, была потеряна во время упадка Римской империи. Повторное открытие римских архитектурных практик, как описано Витрувий в De Architectura, также привело к возобновлению использования известково-пуццолановых связующих. В частности, прочность, долговечность и гидравлические возможности затвердевания под водой сделали их популярными строительными материалами в течение 16–18 веков. Изобретение других гидравлическая известь цементы и в конечном итоге портландцемент в 18-19 веках привело к постепенному сокращению использования пуццоланово-известковых связующих, которые не так быстро развивают прочность.^{[нужна цитата ]}

В течение 20 века использование пуццоланов в качестве добавок (технический термин - «дополнительный вяжущий материал», обычно сокращенно «СКМ») к портландцементу. конкретный смеси стали обычной практикой. Комбинация экономических и технических аспектов и, во все большей степени, заботы об окружающей среде привели к созданию так называемых смешанных цементов, то есть цементов, которые содержат значительные количества дополнительных вяжущих материалов (в основном около 20 мас.%,^{[требуется разъяснение ]} но более 80 мас.% в Портленде доменная печь шлаковый цемент), наиболее широко производимый и применяемый вид цемента к началу 21 века.^[5]

Пуццолановые материалы

Общее определение пуццолана охватывает большое количество материалов, которые широко различаются по происхождению, составу и свойствам. Как природные, так и искусственные (искусственные) материалы проявляют пуццолановую активность и используются в качестве дополнительных вяжущих материалов. Искусственные пуццоланы могут производиться намеренно, например, путем термической активации каолиновых глин для получения метакаолин или могут быть получены как отходы или побочные продукты высокотемпературного процесса, такие как летучая зола при производстве электроэнергии на угле. Наиболее часто используемые пуццоланы сегодня - это промышленные побочные продукты, такие как летучая зола, кремнеземный дым от плавления кремния, высокореактивного метакаолина и остатков сожженных органических веществ, богатых кремнеземом, таких как рисовая шелуха зола. Их использование твердо установлено и регулируется во многих странах. Однако поставки высококачественных побочных продуктов пуццолана ограничены, и многие местные источники уже полностью используются. Альтернативы признанным побочным продуктам пуццолана можно найти, с одной стороны, в расширении диапазона рассматриваемых побочных продуктов промышленности или социальных отходов и, с другой стороны, в увеличении использования пуццоланов природного происхождения.

Естественный пуццоланы в изобилии в определенных местах и широко используются в качестве добавки к портландцементу в таких странах, как Италия, Германия, Греция и Китай. Вулканический пепел и пемзы в основном состоит из вулканическое стекло обычно используются, как и месторождения, в которых вулканическое стекло было изменено на цеолиты при взаимодействии с щелочными водами. Реже встречаются отложения осадочного происхождения. Диатомитовые земли, образованный скоплением кремнеземистых диатомовые водоросли Микроскелеты являются здесь важным исходным материалом.

Использовать

Использование пуццолана в цементе и бетоне имеет три преимущества. Во-первых, это экономическая выгода, полученная от замены значительной части портландцемента более дешевыми природными пуццоланами или промышленными побочными продуктами. Во-вторых, это снижение экологических затрат на цемент с добавками, связанных с парниковыми газами, выделяемыми при производстве портландцемента. Третье преимущество - повышенная долговечность конечного продукта.

Смешивание пуццоланов с портландцементом имеет ограниченное вмешательство в обычный производственный процесс и дает возможность преобразовывать отходы (например, летучая зола ) в прочные строительные материалы.

Уменьшение содержания портландцемента в бетонной смеси на 40 процентов обычно возможно при замене на комбинацию пуццолановых материалов. Пуццоланы можно использовать для контроля схватывания, увеличения срока службы, снижения стоимости и уменьшения загрязнения без значительного снижения конечной прочности на сжатие или других эксплуатационных характеристик.

Свойства затвердевших смешанных цементов в значительной степени связаны с развитием микроструктуры связующего, то есть с распределением, типом, формой и размерами как продуктов реакции, так и пор. Благоприятные эффекты добавления пуццолана с точки зрения более высокой прочности на сжатие, производительности и долговечности в основном приписываются пуццолановая реакция в котором гидроксид кальция расходуется для получения дополнительных C-S-H и продукты реакции C-A-H. Эти пуццолановые продукты реакции заполняют поры и приводят к измельчению распределение пор по размерам или пористая структура. Это приводит к снижению проницаемость связующего.

Вклад пуццолановой реакции в прочность цемента обычно проявляется на более поздних стадиях отверждения, в зависимости от пуццолановой активности. В подавляющем большинстве цементов с добавками можно наблюдать более низкую первоначальную прочность по сравнению с исходным портландцементом. Однако, особенно в случае пуццоланов, более мелких, чем портландцемент, снижение начальной прочности обычно меньше, чем можно ожидать, исходя из коэффициента разбавления. Это можно объяснить эффектом наполнителя, при котором мелкие зерна SCM заполняют пространство между частицами цемента, что приводит к гораздо более плотному вяжущему. Ускорение реакций гидратации портландцемента также может частично компенсировать потерю ранней прочности.

Повышенная химическая стойкость к проникновению и вредному действию агрессивных растворов составляет одно из главных преимуществ пуццолановых цементов. Повышенная долговечность связующих на основе смеси пуццолана продлевает срок службы конструкций и снижает необходимость в дорогостоящей и неудобной замене поврежденной конструкции.

Одной из основных причин повышенной долговечности является пониженное содержание гидроксида кальция, способного принимать участие в вредных реакциях расширения, вызванных, например, сульфатная атака. Кроме того, пониженная проницаемость связующего замедляет проникновение вредных ионов, таких как хлор или карбонат. Пуццолановая реакция также может снизить риск экспансивного щелочно-кремнеземные реакции между цементом и заполнителями за счет изменения порового раствора связующего. Снижение щелочности раствора и увеличение концентрации оксида алюминия сильно снижает или ингибирует растворение агрегированных алюмосиликатов.^[6]

Смотрите также

внешняя ссылка

СМИ, связанные с Пуццолана в Wikimedia Commons

[1] Мехта, П. (1987). «Природные пуццоланы: дополнительные вяжущие материалы в бетоне». Специальная публикация CANMET. 86: 1–33.

[2] Snellings, R .; Mertens G .; Элсен Дж. (2012). «Дополнительные вяжущие материалы». Обзоры по минералогии и геохимии. 74: 211–278. Дои:10.2138 / RMG.2012.74.6.

[3] Spence, R.J.S .; Кук, Д.Дж. (1983). «Строительные материалы в развивающихся странах». Wiley and Sons, Лондон. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)

[4] Идорн, М. (1997). Конкретный прогресс от античности до третьего тысячелетия. Лондон: Телфорд.

[5] Schneider, M .; Romer M .; Чудин М .; Болио К. (2011). «Устойчивое производство цемента - настоящее и будущее». Цемент и бетонные исследования. 41: 642–650. Дои:10.1016 / j.cemconres.2011.03.019.

[6] Chappex, T .; Скривенер К. (2012). «Щелочная фиксация C-S-H в смешанных цементных пастах и ее связь с щелочной реакцией кремнезема». Цемент и бетонные исследования. 42: 1049–1054. Дои:10.1016 / j.cemconres.2012.03.010.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]